根據理想氣體方程式 我們知道定量氣體在定溫下 氣體的壓力和體積會成反比 那如果我們將壓力升高到無限大時 那氣體的體積會變成零嗎？ 同樣的 溫度降低時 氣體體積會變小 氣體下降到0K時 體積真的會變成零嗎？ 在前一次的影片裡 我們學到了理想氣體方程式的應用 也知道如何利用理想氣體方程式來求得氣體分子的分子量 而根據理想氣體方程式 在一大氣壓、0 ℃時 每1莫耳的氣體體積約為22.4公升 但是經過實驗測量之後 發現氯氣、二氧化碳、氨氣的莫耳體積 分別為22.24、22.3及22.1公升 難道這些氣體不是理想氣體嗎？ 你想的沒錯 其實自然界中並不存在理想氣體 我們稱它們為真實氣體 同學可以想想看為什麼真實情況下 不同的氣體體積會有一些差異嗎？ 你想到了嗎？ 因為科學家將氣體的體積定義為氣體分子的活動範圍 而氣體分子在運動時 會因為彼此間的吸引力影響 而造成活動範圍的差異 此外 雖然氣體分子本身的體積很小 幾乎可忽略不計 但不同氣體分子的體積大小還是不同 所以體積仍有差異 理想氣體是指遵守理想氣體方程式的氣體 而根據定義只要是理想氣體 即使氣體種類不同 同溫同壓下 也會有相同的體積 根據上面真實的說明 你可以推測理想氣體應該有哪些特性嗎？ 你想到了嗎？ 理想氣體為假想的氣體 假設條件有兩點 1. 理想氣體視為一個有質量而沒有體積的質點 2. 理想氣體分子間無作用力 與容器壁的撞擊可視為完全彈性碰撞 碰撞前後氣體分子的能量並無變化 根據理想氣體體積的假設 最接近理想氣體的分子其體積小、分子間作用力也小 考量其分子的形狀及分子間的作用力 原子量最小且以單原子分子存在的氦氣 應該最接近理想氣體 你答對了嗎？ 理想氣體會遵守理想氣體方程式 但真實氣體並不遵守理想氣體方程式 如果所有的氣體皆為理想氣體 並適用理想氣體方程式PV等於nRT 那表示無論在什麼條件下 PV除nRT都等於 1 我們試著以壓力或溫度為x軸、PV除nRT為y軸來作圖 兩者的圖形皆為一水平線 但科學家在量測不同的真實氣體後 發現真實氣體在不同的壓力、溫度下 與理想氣體的偏差也有所不同 這是為什麼呢？ 如同前面所說氣體體積是指氣體分子的活動範圍 也可以當成容器體積 但如果容器的容積變小時 氣體分子間的距離變得較近 想想看 此時真實氣體的體積間會有何不同呢？ 我們可以發現 當氣體分子間的距離變得更小之後 因為氣體本身的體積在容器中所占的比例變高 所以氣體分子的體積無法直接忽略 同時 當分子間距離變小之後 分子間的作用力也會變大 這些都可能會使真實氣體與理想氣體的差異變大 由於氣體體積變小時 真實氣體的體積不可忽略 分子間也存在作用力 所以理想氣體假設的2個條件皆不再成立 自然不再符合理想氣體方程式 所以PV除nRT的數值會偏離1 由前面的內容我們可以知道 如果使氣體的體積無限大 真實氣體應該會最接近理想氣體 因此 藉由降低壓力及升高溫度 可以達到這個條件 這時候PV除nRT的數值就會趨近於1 現在你了解理想氣體和真實氣體的差異了嗎？ 讓我們一起來比較兩者之間的性質 透過比較理想氣體和真實氣體的性質 你能更清楚分辨它們了嗎？ 沒有錯 真實氣體在低壓和高溫時 其性質會接近理想氣體 這是因為在低壓高溫時 氣體體積較大 可以忽略真實氣體分子間的作用力和粒子本身體積 故會較接近理想氣體 反之 在低溫高壓下 則會偏離理想氣體 學完前面的課程內容後 你知道片頭問題的答案了嗎？ 當我們將氣體壓力升高到無限大 溫度降到無限低時 分子間的距離會大幅拉近 如果是理想氣體 氣體的體積應該會變得無限小 以符合波以耳定律 但如果為真實氣體 當分子間的距離變小時 分子體積和作用力將不可以再被忽略 想想看 氣體會發生什麼變化呢？ 是的 當分子間的作用力變大時 粒子彼此吸引靠近 氣體分子可能會凝結變成液體、甚至變成固體 這是理想氣體不會發生的事 故我們也可以說 理想氣體是無法液化的氣體 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 理想氣體方程式為PV等於nRT 科學上定義氣體體積 為氣體分子的活動範圍 理想氣體行為須符合理想氣體方程式 有三個條件 1.理想氣體分子是有質量、沒有體積的質點 2.理想氣體的分子間無作用力 3.與容器壁的撞擊為完全彈性碰撞 且碰撞前後無能量變化 真實氣體在高溫低壓時 氣體體積變大 故氣體分子間作用力小 粒子本身體積可忽略 所以會最接近理想氣體 最後讓我們想一想 在選修物理的學習內容裡 針對理想氣體的內容有進一步的討論 想想看 氣體的能量與哪一個性質有關呢？ 歡迎在影片下方留言區告訴我們你的答案 我們下次見 Bye Bye